唐高祖李渊的第三个儿子是李元吉，李元吉为窦夫人所生。他出生时，因为形貌丑陋，窦夫人不愿意抚养，命令家人将之抛弃。侍女陈善意偷偷将他抱回，秘密抚养，等李渊回家禀告了他，方才使得李元吉没有夭折在襁褓之中。

当高祖李渊自太原起兵反隋，大军入关，李元吉负责留守太原，后来管理十五郡的军事，被封为镇北将军、太原道行军元帅，唐建国后，封齐王。625年任侍中，为实质宰相。唐高祖武德二年(619年)，刘武周南侵并州，他弃太原归长安。

武德四年(621年)，李元吉随秦王李世民围王世充于东都洛阳，窦建德率军来援。李世民率以精骑到虎牢迎战，留李元吉与屈突通继续围困洛阳。史载有两次战斗，一次王世充出兵拒战，李元吉设伏击之，斩首八百级，生擒其大将乐仁昉;另一次是四月十五日(621年5月11日)，唐军败绩，行军总管卢君谔战死。

东都平定后，李世民和李元吉都因功受赏，十月初五(621年10月25日)，李元吉加司空，加赐衮冕之服、前后部鼓吹乐二部、班剑二十人、黄金二千斤。十二月十五日(622年2月1日)，窦建德部将刘黑闼反唐并夺取窦建德故地，李世民和李元吉前去平定。

李世民于次年春击败刘黑闼，迫使其逃往东突厥。兄弟俩又攻打叛首鲁王徐圆朗，李世民回长安，留李元吉对徐圆朗作战。但刘黑闼从突厥返回复夺窦建德故地，李元吉不能制止。武德五年(622年)十月，李元吉被任命为领军大将军、并州大总管，奉诏再次征讨刘黑闼。十一月，在魏州击败了刘十善。 十二月，率军随太子李建成进兵昌乐，剿灭了刘黑闼。

武德九年(626年)，李世民在长安城宫城玄武门发动玄武门之变，李元吉与太子李建成途径临湖殿时，发现异常，急忙调头回走，此时伏兵杀出。李世民以箭射杀李建成，尉迟恭等追杀李元吉，两人皆惨遭杀害。五子都被处死，元吉妻子杨氏纳为李世民之妃。